JP5943201B2 - 偏芯評価方法及びエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの製造におけるサセプタに載置する基板の載置位置の偏芯を評価する方法、及びこの評価結果を用いてエピタキシャルウェーハを製造する方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、外気を遮断したチャンバー内で基板上に反応ガスを供給し、基板上に薄膜（エピタキシャル層）をエピタキシャル成長させる工程がある。このようなエピタキシャル成長に用いる一般的なエピタキシャル成長装置を、図１９に示した概略図により説明する。図１９に示すエピタキシャル成長装置１０１は、外気と遮断した状態で、反応ガス供給手段１０４から反応ガスＧをチャンバー１０２内へと供給し、チャンバー１０２内に配置されるサポートシャフト１０７により支持されているサセプタ１０３上の基板１０９を処理することにより、基板１０９の表面にエピタキシャル層を成長させるものである。エピタキシャル層の成長時には、サセプタ１０３を支持するサポートシャフト１０７が回転することにより、基板１０９が回転するようになっている。また、反応後のガスＧは反応ガス排出手段１０５によりチャンバー１０２外へと排出される。

このサセプタ１０３の縁部の内側には基板径よりも数ミリ程度大きい凹形状のポケット部１３１が形成されている。また、サセプタ１０３には、リフトピン用や基板１０９の裏面への水素供給用、又は基板１０９の滑りを防止するためや処理後の基板１０９を剥離させやすくするため等の理由により貫通孔１０６を複数有していることもある。このサセプタ１０３のポケット部１３１に基板１０９が収まることにより、サセプタ１０３を回転させても基板１０９が特定の位置に留まることができるようになっており、均質な反応が行われる。

しかし、ポケット部１３１に載置された基板１０９の位置が偏芯して基板１０９とポケット部１３１との隙間が不均一になることにより処理ガスの局所的な乱流が発生し、エピタキシャル層膜厚の局所的な不均一が発生し、エピタキシャルウェーハの平坦度の悪化の要因となってしまうという問題がある。

このような問題に対し、従来、基板の載置位置の偏芯評価方法として、カメラまたは目視により偏芯量を見積もる方法などがある。しかし、これは室温での評価方法であり、エピタキシャル成長時の高温の状態では、サセプタやサポートシャフト等の治具の熱変形等の影響により、例え事前に室温で基板の載置位置を修正したとしても、エピタキシャル層の成長時に基板の載置位置が偏芯してしまう。

このようなエピタキシャル層成長時の高温の状態で、基板の位置を識別するためにパイロメータを設けて熱放射を測定し、その測定信号のゆらぎの振幅を求めることで基板の不適切な位置を推定する方法が開示されている（特許文献１参照）。

また、基板の表面にレーザー光を照射するレーザー光源と、集光された反射光を検出する光量検出器を設けて基板の位置ずれを検出する方法が開示されている（特許文献２）。

さらには、複数の貫通孔を有するサセプタ上に基板を載置させ、エピタキシャル成長温度と同じ温度でエッチングガスを導入し、前記基板の裏面にサセプタ貫通孔パターンを転写させ、サセプタ貫通孔パターンの位置を測定して、基板の載置位置の偏芯量を評価する方法が提案されている（特許文献３）。

特開２０１０−１９９５８６号公報 特開２００１−１７６９５２号公報 特開２０１２−２２７４７１号公報

しかし、特許文献１や特許文献２にある従来の方法では、パイロメータや光量検出器等の設備を新たに設ける必要や、装置を改造する必要等がありコストが増加してしまう。また、評価精度が必ずしも十分でなく、評価後の載置位置の補正が困難であるという問題がある。

特許文献３にある方法については、特許文献１や特許文献２にある方法に比べて、コストが掛からず、評価精度はかなり高い利点がある。しかし、基板のエピタキシャル成長以外に、エッチングガスを導入し、基板の裏面にサセプタ貫通孔パターンを転写させ、サセプタ貫通孔パターンの位置を測定して偏芯量を求める工程が必要となり、簡便に基板の載置位置の補正ができないという問題があった。また、貫通孔の無いサセプタを用いた場合には、貫通孔パターンの転写ができない為、基板の載置位置の評価ができず、載置位置の補正ができないという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、追加の設備や装置の改造を必要とせず、貫通孔を有していないサセプタを用いた場合でも、エピタキシャル成長時の高温状態での基板の載置位置の偏芯を簡便に評価できる方法を提供することを課題とする。また、基板上に均一な膜厚のエピタキシャル層を形成できるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の偏芯評価方法は、凹形状のポケット部が形成されたサセプタの前記ポケット部に基板を載置して前記基板上にエピタキシャル層を成長させる成長工程と、
その成長工程で得られたエピタキシャル層の外周部における円周方向の膜厚分布を測定する測定工程と、
その測定工程で得られた膜厚分布に基づいて前記サセプタにおける前記基板の載置位置の偏芯を評価する評価工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、成長工程において、基板上に実際にエピタキシャル層を成長させる。その成長の際、ポケット部における基板の載置位置が偏芯すると、ポケット部の壁面と基板外周との距離に偏りが生じ、その結果、得られるエピタキシャル層の外周部の膜厚分布が、基板の偏芯量及び偏芯方向を反映した膜厚分布となる。そこで、測定工程でエピタキシャル層の外周部における円周方向の膜厚分布を測定し、評価工程では、測定した膜厚分布を見ることで、基板の載置位置の偏芯（偏芯量、偏芯方向）を評価することができる。これにより、エピタキシャル層を成長させる際の高温状態での基板の載置位置の偏芯を簡便に高精度に評価できる。また、追加の設備や装置の改造を必要とせず、コストの増加を抑制できる。更には、貫通孔を有していないサセプタを用いた場合でも簡便で、高精度に基板の載置位置の偏芯を評価できる。

また、前記評価工程では、前記膜厚分布の平均値からの前記膜厚分布の偏差に基づいて前記基板の載置位置の偏芯を評価する。このように、膜厚分布の平均値からの偏差は膜厚分布の特徴をあらわした指標となるので、その偏差を用いることで簡便に基板の偏差を評価できる。

この場合、評価工程では、前記膜厚分布における最小の膜厚の前記平均値からの偏差に基づいて前記基板の載置位置の偏芯量を算出する。本発明者は、サセプタのポケット部の壁面に近づいた基板部分のエピタキシャル層の膜厚が薄くなるという知見を得ている。その知見によると、膜厚分布における最小の膜厚をとる基板部分が、ポケット部の壁面に最も近づいていると考えることができる。よって、最小の膜厚の平均値からの偏差を用いることで、簡便に基板の偏芯量を算出できる。

またこの場合、評価工程では、前記外周部の円周方向に沿った各位置のうち前記最小の膜厚の位置の方向に前記基板の載置位置が偏芯していると評価する。これによって、簡便に基板の偏芯方向を評価できる。

また、本発明は前記偏差と前記偏芯量の関係を求める関係取得工程を含み、前記評価工程では、前記関係取得工程で得られた関係に基づいて今回の前記偏差に対する前記偏芯量を算出するのが好ましい。このように、関係取得工程で偏差と偏芯量の関係（相関）を予め求めておくことで、以降、その関係を参照することで今回の偏差に対する偏芯量を簡便に算出できる。

また、本発明は、前記膜厚分布のデータをフィルタリング処理して前記膜厚分布を短周期成分と長周期成分とに分離する分離工程を含み、前記評価工程では、前記分離工程で得られた前記膜厚分布の長周期成分のデータに基づいて前記基板の載置位置の偏芯を評価するのが好ましい。外周部の膜厚分布は、基板の載置位置の偏芯に起因する長周期成分の他に、エピタキシャル成長する基板の結晶方位に依存したファセット成長による短周期成分が含まれている。本発明によれば、その短周期成分を分離して、長周期成分のデータで偏芯を評価するので、基板の載置位置の偏芯をより高精度に評価できる。

また、前記測定工程では、フーリエ赤外分光光度計にて前記膜厚分布を測定することができる。このようにフーリエ赤外分光光度計を用いることで、膜厚分布を簡便に測定することができる。特に、低抵抗率の基板上に基板よりも高抵抗のエピタキシャル層を成長させた場合におけるそのエピタキシャル層の膜厚分布の測定に好適である。

また、前記測定工程では、エピタキシャル成長前後の前記基板の厚み測定を行い、その差から前記膜厚分布を測定するようにしても良い。これによれば、高抵抗の基板にエピタキシャル層を成長させた場合のように、フーリエ赤外分光光度計では高精度に膜厚分布を測定できない場合であっても、膜厚分布を高精度に測定することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、本発明の偏芯評価方法によって評価した前記基板の偏芯量及び偏芯方向に基づいて、前記サセプタにおける基板の載置位置を補正した後、基板上にエピタキシャル層を成長させることを特徴とする。これによれば、エピタキシャル層を成長させる際の高温状態での基板の載置位置の偏芯量及び偏芯方向の評価結果に基づいてサセプタ上の載置位置を補正しているので、エピタキシャル成長時の基板の偏芯を抑えることができる。その結果、均一な膜厚のエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハを得ることができる。

サセプタ及びそのサセプタに載置された基板を上から見た図である。 図１のＡ方向におけるエピタキシャル層の膜厚分布である。 図１のＢ方向におけるエピタキシャル層の膜厚分布である。 エピタキシャル成長装置の概略図である。 基板の偏芯評価方法の手順を示したフローチャートである。 エピタキシャル層の外周２ｍｍでの膜厚分布である。 外周部の膜厚分布とその膜厚分布から分離した長周期成分と短周期成分とを例示した図である。 長周期成分が最小値となる角度Ｄやその最小値の平均値からの偏差ΔＤを示した図である。 偏差ΔＤと偏芯量の関係を例示した図である。 偏芯量及び偏芯方向のベクトルを示した図である。 比較例及び実施例１における基板の載置位置調整前の偏芯量と偏芯方向とを極座標中の点としてあらわした図である。 実施例１における基板の載置位置調整前の膜厚分布である。 基板の載置位置調整後の比較例及び実施例１の偏芯量と偏芯方向とを極座標中の点としてあらわした図である。 実施例１における基板の載置位置調整後の膜厚分布である。 実施例２における基板の載置位置調整前の偏芯量と偏芯方向とを極座標中の点としてあらわした図である。 実施例２における基板の載置位置調整前の膜厚分布である。 実施例２における基板の載置位置調整後の偏芯量と偏芯方向とを極座標中の点としてあらわした図である。 実施例２における基板の載置位置調整後の膜厚分布である。 一般的なエピタキシャル成長装置の概略図である。

以下、本発明についての実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

従来、エピタキシャルウェーハの製造において、サセプタ上に載置する基板の載置位置の偏芯によって処理ガスの局所的な乱流が発生し、エピタキシャル層膜厚の局所的な不均一が発生する問題があった。基板のサセプタへの載置調整は通常常温で行われ、この際に偏芯しないように載置位置が調整される。しかし、エピタキシャル成長時の高温の状態では、サセプタやサポートシャフト等の治具の熱変形等の影響により基板の載置位置が変化し、偏芯してしまう。

このような問題に対して、本発明者は特別な測定器具などの設備を追加することなく、簡便な方法で解決するための鋭意検討を重ねた。その結果、基板の載置位置がずれた場合、サセプタのポケット部の壁面に近づいた外周部分のエピタキシャル層膜厚が薄くなり、その対角の部分のエピタキシャル層膜厚が厚くなる現象を見出した。そこで、先ず、以下に説明する実験により、その現象が正しいことについて説明する。

図１９で示したような一般的なエピタキシャル成長装置において、基板１０９としてφ３００ｍｍシリコンウェーハを用い、その表面にシリコンエピタキシャル層を成長させた。この際、図１（サセプタ１０３及び基板１０９を上から見た図）に示すように、サセプタ１０３のポケット部１３１の中で、基板１０９の載置位置がノッチを下（６時方向）にして２時方向（Ａ方向）に偏芯（サセプタ中心Ｃからの基板中心Ｏの偏芯）していたとする。その後、成長させたエピタキシャル層のＡ方向及びそれに垂直なＢ方向での膜厚分布をそれぞれ測定した。図２、図３はその測定結果であり、詳細には基板１０９（エピタキシャル層）の外周縁から内側の２ｍｍから５０ｍｍまでの範囲の膜厚分布を示している。なお、図２はＡ方向の膜厚分布を示しており、図３はＢ方向の膜厚分布を示している。図２、図３の横軸は基板１０９（エピタキシャル層）の中心Ｏからの距離Ｐｏｓｉｔｉｏｎを示している。図２、図３の縦軸は、目標膜厚からの偏差Ｄｅｖｉａｉｔｏｎを示している。図２（Ａ）は、図１のＡ方向の矢印の根本側（図１の外周部１１１側）の膜厚分布を示している。図２（Ｂ）は、Ａ方向の矢印の先端側（図１の外周部１１２側）の膜厚分布を示している。図３（Ａ）は、Ｂ方向の矢印の根本側（図１の外周部１１３側）の膜厚分布を示している。図３（Ｂ）は、Ｂ方向の矢印の先端側（図１の外周部１１４側）の膜厚分布を示している。

図２（Ｂ）に示すように、ポケット部１３１の壁面と基板１０９との隙間が狭くなっている基板部分の外周２ｍｍから５ｍｍの範囲１１２（図１の外周部１１２）の膜厚がそれ以外の範囲に比べて薄くなっている。他方、図２（Ａ）に示すように、図２（Ｂ）の範囲１１２と対角方向のポケット部１３１の壁面と基板１０９との隙間が広くなっている基板部分については、基板１０９の外周２ｍｍから５ｍｍの範囲１１１（図１の外周部１１１）の膜厚がそれ以外の範囲に比べて厚くなっている。これに対して、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基板１０９の偏芯方向Ａに垂直なＢ方向については、対角同士で外周２ｍｍから５ｍｍの範囲１１３、１１４の膜厚分布に差が見られない事が分かる。

以上の考察を経て、本発明者らは、基板１０９が偏芯している場合に、基板１０９の外周部のエピタキシャル層膜厚を円周方向に測定することにより、基板１０９の偏芯方向及び偏芯量を推定できることを見出した。

図４は、本発明のエピタキシャルウェーハ製造方法で用いるエピタキシャル成長装置の一例の概略図（側面断面図）である。図４に示すように、エピタキシャル成長装置１は、例えばＳＵＳからなるチャンバーベース２１を上下から挟む透明石英部材２２と、チャンバーベース２１をカバーする不透明石英部材２３とからなるチャンバー２を備える。そのチャンバー２内には、エピタキシャル成長させるシリコンウェーハ等の基板９を載置する為の例えば黒鉛製のサセプタ３が配置されている。図４では、貫通孔の開いていないサセプタ３を用いているが、貫通孔の開いているサセプタ３を用いても良い。サセプタ３の縁部の内側には基板径よりも数ミリ程度大きい凹形状（平面視で円状）のポケット部３１が形成されており、このポケット部３１に基板９が収まることにより、サセプタ３を回転させても基板９が特定の載置位置に留まることができるようになっている。

チャンバー２の周囲（図４ではチャンバー２の上下）には、エピタキシャル成長時に基板９をエピタキシャル成長温度に加熱するハロゲンランプ等のヒータ１０が配置されている。

チャンバー２には、チャンバー２内に原料ガス及びキャリアガス（例えば水素）を含むエピタキシャル成長ガスＧ（反応ガス）をサセプタ３の上側の領域に導入して、サセプタ３に載置された基板９の主表面上に反応ガスＧを供給する、反応ガス供給手段４が接続されている。また、チャンバー２の反応ガス供給手段４が接続された側の反対側には、チャンバー２内から反応後のガスＧを排出する、反応ガス排出手段５が接続されている。サセプタ３は、主支柱７１の上端に副支柱７２が溶接されたサポートシャフト７により支持されている。そのサポートシャフト７は、基板回転機構８に接続されている。そして、エピタキシャル成長を行う際には、基板回転機構８により、サポートシャフト７に支持されたサセプタ３（基板９）がサセプタ３の中心周りに回転するようになっている。これによって、基板９上に均等に反応ガスＧを供給するようにしている。

本発明の偏芯評価方法は、例えばこのようなエピタキシャル成長装置１を用いてエピタキシャルウェーハを製造する際に、サセプタ３に載置する基板９の載置位置の偏芯量及び偏芯方向を評価するための方法である。以下、本発明の偏芯評価方法について詳細に説明する。

図５は、本発明の偏芯評価方法の手順を示したフローチャートである。先ず、基板の偏芯評価をする事前準備として、後述する偏差と偏芯量の関係（相関）を求める（Ｓ１）。その関係の求めかたの詳細は、説明の便宜上、後述する。なお、Ｓ１の工程が本発明の「関係取得工程」に相当する。

Ｓ１で偏差と偏芯量の関係を予め求めたら、Ｓ２以降で実際に基板の偏芯を評価することになる。先ず、図４のエピタキシャル成長装置１を用いて、製品となるエピタキシャルウェーハを製造するときと全く同一のエピタキシャル成長条件（基板、成長温度、ガス流量等）で、偏芯評価用の基板の表面に所定の厚さのエピタキシャル層を成長させる（Ｓ２）。なお、Ｓ２の工程が本発明の「成長工程」に相当する。

次に、Ｓ２で得られたエピタキシャルウェーハ（偏芯評価用の基板）のエピタキシャル層の外周膜厚を基板の円周方向に対して測定する（Ｓ３）。つまり、エピタキシャル層の外周部における円周方向の膜厚分布を測定する（Ｓ３）この際、測定する外周部の膜厚は、基板の外周５ｍｍ（外周縁から５ｍｍ内側の位置）よりも外側、さらには外周縁から２ｍｍの位置を測定するのが望ましい。図２、図３で説明したように、外周２ｍｍから５ｍｍの範囲（特に外周２ｍｍ）の膜厚は、ポケット部３１の壁面からの距離に応じて変化しやすいからである。なお、外周２ｍｍよりも外側（例えば外周１ｍｍ）では、ファセット成長成分（短周期成分）の影響が膜厚分布に強くでるので、後述するＳ４で短周期成分の分離が困難となる。また、外周２ｍｍよりも外側では、膜厚測定自体も困難（特にＦＴＩＲを用いて膜厚測定する場合）となる。ただし、それら困難が解決できるのであれば、外周２ｍｍよりも外側の膜厚分布を測定してもかまわない。

Ｓ２で例えばＰ型の低抵抗率０．０２Ωｃｍ以下の基板上（Ｐ＋あるいはＰ＋＋の基板上）に基板よりも高抵抗率のエピタキシャル層を形成した場合には、Ｓ３では例えばフーリエ赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いた膜厚測定を行う。これにより、簡単にエピタキシャル層の膜厚を測定できる。あるいは、エピタキシャル成長前に予め基板の厚さを測定し、エピタキシャル成長後に再度基板の厚みを測定し、その差からエピタキシャル層の厚さを求めても良い。このエピタキシャル成長前後の厚み差から膜厚を測定する手法は、特に、ＦＴＩＲで膜厚測定が困難な場合、具体的には、高抵抗率（１０Ωｃｍ程度）の基板上に基板と同程度の抵抗率のエピタキシャル層を形成した場合に、好適である。なお、Ｓ３の工程が本発明の「測定工程」に相当する。

図６は、Ｓ３で得られる外周２ｍｍの位置での膜厚分布を例示している。なお、図６の横軸は、基板の円周方向の各位置を０から３６０度の角度であらわした軸である。図６の縦軸は、各位置の膜厚の目標膜厚からの偏差を示している。図６の膜厚分布では、角度に応じて膜厚が薄くなったり厚くなったりしている。

ここで、外周部のエピタキシャル層の膜厚分布（図６の膜厚分布）は、基板の載置位置の偏芯に起因する長周期（長波長）の成分とエピタキシャル成長する基板の結晶方位に依存したファセット成長による短周期（短波長）の成分とで形成されている。例えば、結晶方位（１００）のシリコンウェーハを用いた場合には、そのシリコンウェーハの外周部では、ファセット成長する方位＜１１０＞が９０度周期で現れる。そのため、基板の外周部では、９０度周期で膜厚が大きくなる。

そこで、Ｓ３で得られた膜厚分布のデータをフィルター処理して、膜厚分布の長周期成分と短周期成分とを分離する（Ｓ４）。言い換えると、Ｓ３で得られた膜厚分布からファセット成長に起因した短周期成分を取り除く（Ｓ４）。ここでは、フィルター処理として得られたエピタキシャル層膜厚分布データの移動平均を求め、それを長周期成分とし、ファセット成長起因による短周期成分を分離した（図７参照）。図７は、Ｓ３で得られた膜厚分布２００（図６の膜厚分布）と、その膜厚分布２００から分離した長周期成分２０１と短周期成分２０２とを示している。なお、移動平均以外のフィルター処理（例えば高速フーリエ変換）を用いて長周期成分と短周期成分とを分離しても良い。なお、Ｓ４の工程が本発明の「分離工程」に相当する。

次に、図８に示すように、ファセット成長に起因した短周期成分を除いた後の膜厚分布、つまり基板の載置位置の偏芯に起因する長周期成分２０１の値が最も小さくなる角度Ｄを求める（Ｓ５）。図８の例では、４５度付近で長周期成分２０１の値が最も小さくなっている。ポケット部１３１（図１参照）の壁面と基板との距離が小さいほど、長周期成分２０１の値が小さくなると考えられるので、長周期成分２０１の値が最小となる位置２１０（図８参照）で、基板はポケット部１３１の壁面に最接近していると言える。よって、その位置２１０での角度Ｄの方向に基板の載置位置が偏芯していると言える。

次に、長周期成分２０１の平均値（平均膜厚）を求め、角度Ｄでの長周期成分２０１の値（最小値）の、平均値からの偏差ΔＤを求める（Ｓ６）。なお、図８には、長周期成分２０１の平均値のライン２０３を図示している。図８の例では、ライン２０３と点２１０（角度Ｄでの膜厚）の偏差ΔＤを求める。

本発明者は、その偏差ΔＤと基板の載置位置の偏芯量とに相関があるという知見を得ている。先のＳ１では、その相関を求めることになる。具体的には、Ｓ１では、相関導出用の複数のサンプル基板を準備し、各サンプル基板に対して上述のＳ２〜Ｓ６の工程を実施して各サンプル基板の偏差ΔＤを算出する。この際、各サンプル基板の載置位置を故意に偏芯させるとともに、各サンプル基板の偏芯量をサンプル基板間で異ならせる。そして、偏差ΔＤの算出と共に特許文献３等の方法で高温状態での各サンプル基板の偏芯量を求める。ここで、図９は、Ｓ１で得られた各サンプル基板の偏差ΔＤと偏芯量との関係４０１を例示している。図９に示すように、偏差ΔＤが大きくなるほど偏芯量が大きくなることが分かる。また、偏差ΔＤと偏芯量はほぼ線形関係となっている。

Ｓ７では、Ｓ１で求めた関係４０１（図９参照）に基づいて、Ｓ６で求めた偏差ΔＤを偏芯量に換算する。図９の例では関係４０１は直線となっているので、直線４０１の傾きを換算係数として求めてその換算係数を偏差ΔＤに乗じることで偏芯量に換算できる。図１０は、以上の手順で得られた偏芯量及び偏芯方向をベクトル３００として示した図（基板のノッチの方向を６時方向とした極座標の図）である。図１０において、ベクトル３００の向き（横軸に対するベクトル３００の角度Ｄ）が基板の載置位置の偏芯方向をあらわしている。ベクトル３００の大きさが基板の載置位置の偏芯量をあらわしている。なお、Ｓ５〜Ｓ７の工程が本発明の「評価工程」に相当する。

このように、図５に示した手順を実施することで、より簡便に基板の載置位置の偏芯量及び偏芯方向を高精度に評価でき、評価後の載置位置の補正も容易となる。

次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法について詳細に説明する。ここでは、図４のエピタキシャル成長装置１を用いた場合について説明する。先ず、上記した本発明の偏芯評価方法（図５の手順）によって基板の載置位置の偏芯量及び偏芯方向を評価する。このときに用いるエピタキシャル成長装置は実際にエピタキシャルウェーハを製造する際に用いる装置と同一のものを用いるが、基板は評価用のものを準備しても良いし、実際に製造に用いているものと同じ基板を用いても良い。

そして、評価した基板の載置位置の偏芯量及び偏芯方向に基づいてサセプタ上の載置位置を補正する。この補正は、例えばロボットアーム等によって基板を保持して予め設定された載置位置に載置するときの予め設定する載置位置を補正することによって行うことができる。具体的には例えば、予め設定する載置位置を、偏芯評価方法で得られた偏芯方向と逆方向に、得られた偏芯量の分だけ補正する。

このようにして基板の載置位置を補正し、その補正後の載置位置に基板（シリコンウェーハ）を載置した後、エピタキシャル層を成長させることによってエピタキシャルウェーハを製造する。このエピタキシャル層の成長は、以下のような従来と同様の方法によって行うことができる。

先ず、チャンバー２内に水素ガスを流した状態で、ヒータ１０により、チャンバー２内の温度を基板にエピタキシャル層を気相成長するための所望の成長温度まで昇温する。この成長温度は基板表面の自然酸化膜を水素で除去できる例えば１０００℃以上に設定することができる。

次に、チャンバー２内を所望の成長温度に保持したまま、基板の表面上に反応ガス供給手段４を介して原料ガス（例えばトリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給することによって、基板の表面上にエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。最後に、取り出し温度（例えば６５０℃）まで降温し、シリコンエピタキシャルウェーハをチャンバー２外へと搬出する。

このように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、本発明の偏芯評価方法で得られた高精度な偏芯量及び偏芯方向に基づいて載置位置を補正した後に、エピタキシャルウェーハを製造しているので、エピタキシャルウェーハの膜厚均一性を向上することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（比較例及び実施例１）
貫通孔が形成されたサセプタを有した図４に示すようなエピタキシャル成長装置を用いて、特許文献３にある方法を用いてφ３００ｍｍシリコンウェーハの裏面側に貫通孔を転写させ、その貫通孔パターンより載置位置の偏芯量を求めた。その偏芯方向はノッチを下（６時方向）にして１０時半方向で、偏芯量は８９９．８μｍであった（比較例）。

次に比較例と同じエピタキシャル成長装置で、予め厚さを測定したＰ型８−１２Ωｃｍのφ３００ｍｍシリコンウェーハの基板を用い、その基板上に平均厚さ２．７５μｍのエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル成長後に厚さを再測定して、円周方向について外周２ｍｍのエピタキシャル層膜厚分布を求めた。厚さの測定には、ケー・エル・エー・テンコール社製のウェーハサイトを用いた。求めた膜厚分布から本発明の手法を用いて載置位置の偏芯量及び偏芯方向を求めた。その偏芯方向はノッチを下（６時方向）にして１０時半方向で、偏芯量は９０６．２μｍであった（実施例１）。図１１は、比較例及び実施例１のそれぞれの偏芯量と偏芯方向とを、基板のノッチの方向を６時方向とした極座標中の点としてあらわした図である。図１１の原点から●の点までの距離が実施例１の偏芯量（９０６．２μｍ）を示し、原点から●の点に向かう方向（１０時半方向）が実施例１の偏芯方向を示している。同様に、図１１の原点から△の点までの距離が比較例の偏芯量（８９９．８μｍ）を示し、原点から△の点に向かう方向（１０時半方向）が比較例の偏芯方向を示している。

また、図１２は、実施例１の偏芯量及び偏芯方向を求める際に得られた膜厚分布を示している。なお、図１２の横軸、縦軸は図７と同じである。図１２は、具体的には、図５のＳ３で得られた膜厚分布２２０とその膜厚分布２２０からＳ４で分離された長周期成分２２１と短周期成分２２２とを示している。

次に、比較例及び実施例１で求めた載置位置の偏芯量及び偏芯方向を基にそれぞれ搬送位置（載置位置）を調整した後に再度上記と同じ条件で載置位置の偏芯量及び偏芯方向を求めた。その結果、比較例は２８２．３μｍ、実施例１は２６０．１μｍに改善された。なお、偏芯方向は比較例、実施例１共に１０時半方向となった。図１３は、搬送位置（載置位置）の調整後の比較例及び実施例１のそれぞれの偏芯量と偏芯方向とを図１１と同じ極座標中の点としてあらわした図である。また、図１４は、搬送位置の調整後の実施例１の膜厚分布２３０、長周期成分２３１及び短周期成分２３２を示している。

図１１、図１３の結果から、本発明は特許文献３にある載置位置の偏芯評価方法と同等以上の精度を有していることが確認された。また、搬送位置の調整後のエピタキシャルウェーハの膜厚分布２３０（図１４参照）は、調整前の膜厚分布２２０（図１２参照）に比べて均一性が向上している。

このように、本発明の偏芯評価方法により、エピタキシャル層を成長させる際の高温状態での基板の載置位置の偏芯量及び偏芯方向を簡便に高精度に評価でき、追加の設備や装置の改造を必要とせず、コストの増加を抑制でき、さらに、この評価結果に基づいて載置位置を高精度に補正でき、エピタキシャルウェーハの膜厚均一性を向上できることが確認できた。

（実施例２）
貫通孔の無いサセプタを有した図４に示すようなエピタキシャル成長装置を用いて、Ｐ型、抵抗率０．０１Ωｃｍ（いわゆるＰ＋）のφ３００ｍｍシリコンウェーハ表面に、抵抗率８Ωｃｍ、平均厚さ２．７５μｍのエピタキシャル層を成長させ、円周方向に外周２ｍｍのエピタキシャル層膜厚分布を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定には、フーリエ変換赤外分光器を用いたナノメトリクス社製エピタキシャル層膜厚測定機ＱＳ３３００ＥＧを用いた。

図５に示した手順で載置位置の偏芯量及び偏芯方向を求めた結果、偏芯方向はノッチを下（６時方向）にして２時半方向で、偏芯量は９０６．２μｍであった（実施例２）。図１５は、得られた偏芯量、偏芯方向を図１１と同じ極座標中の点（●）であらわしている。また、図１６は、図１５の偏芯量及び偏芯方向を求める際に得られた膜厚分布２４０とその膜厚分布２４０から分離された長周期成分２４１と短周期成分２４２とを示している。

次に、図１５の偏芯量及び偏芯方向を基に搬送位置を調整した後に再度載置位置の偏芯量及び偏芯方向を求めた。その結果、図１７に示すように、偏芯量は２９０．０μｍに改善された（実施例２）。また、図１８は、図１７の偏芯量及び偏芯方向を求める際に得られた膜厚分布２５０とその膜厚分布２５０から分離された長周期成分２５１と短周期成分２５２とを示している。搬送位置の調整後の膜厚分布２５０（図１８参照）のほうが、調整前の膜厚分布２４０（図１６参照）よりも均一性が向上している。

このように、本発明の偏芯評価方法はサセプタの貫通孔の有無によらず、エピタキシャル層を成長させる際の高温状態での基板の載置位置の偏芯量及び偏芯方向を簡便に高精度に評価できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、膜厚分布の最小値の平均値からの偏差を用いて偏芯量を算出していたが、膜厚分布の最大値の平均値からの偏差を用いて偏芯量を算出しても良い。また、膜厚分布の複数の位置での偏差を用いて偏芯量を算出しても良く、具体的には例えば膜厚分布の全位置での偏差の総和（膜厚分布の積分値）や全位置での偏差の平均値等を用いて偏芯量を算出しても良い。

１ エピタキシャル成長装置
２ チャンバー
２１ チャンバーベース
２２ 透明石英部材
２３ 不透明石英部材
３ サセプタ
３１ ポケット部
４ 反応ガス供給手段
５ 反応ガス排出手段
７ サポートシャフト
７１ 主支柱
７２ 副支柱
８ ウェーハ回転機構
９ 基板
１０ ヒータ

Claims (10)

1. 凹形状のポケット部が形成されたサセプタの前記ポケット部に基板を載置して前記基板上にエピタキシャル層を成長させる成長工程と、
   その成長工程で得られたエピタキシャル層の外周部における円周方向の膜厚分布を測定する測定工程と、
   その測定工程で得られた膜厚分布に基づいて前記サセプタにおける前記基板の載置位置の偏芯を評価する評価工程と、
   を含み、
   前記評価工程では、前記膜厚分布における最小の膜厚の、前記膜厚分布の平均値からの偏差に基づいて前記基板の載置位置の偏芯量を算出することを特徴とする偏芯評価方法。
2. 凹形状のポケット部が形成されたサセプタの前記ポケット部に基板を載置して前記基板上にエピタキシャル層を成長させる成長工程と、
   その成長工程で得られたエピタキシャル層の外周部における円周方向の膜厚分布を測定する測定工程と、
   その測定工程で得られた膜厚分布のデータをフィルタリング処理して前記膜厚分布をファセット成長に起因した短周期成分と長周期成分とに分離する分離工程と、
   前記分離工程で得られた前記膜厚分布の長周期成分のデータに基づいて前記サセプタにおける前記基板の載置位置の偏芯を評価する評価工程と、
   を含むことを特徴とする偏芯評価方法。
3. 前記評価工程では、前記膜厚分布の平均値からの前記膜厚分布の偏差に基づいて前記基板の載置位置の偏芯を評価することを特徴とする請求項２に記載の偏芯評価方法。
4. 前記評価工程では、前記膜厚分布における最小の膜厚の前記平均値からの偏差に基づいて前記基板の載置位置の偏芯量を算出することを特徴とする請求項３に記載の偏芯評価方法。
5. 前記評価工程では、前記外周部の円周方向に沿った各位置のうち前記最小の膜厚の位置の方向に前記基板の載置位置が偏芯していると評価することを特徴とする請求項１又は４に記載の偏芯評価方法。
6. 前記偏差と前記偏芯量の関係を求める関係取得工程を含み、
   前記評価工程では、前記関係取得工程で得られた関係に基づいて今回の前記偏差に対する前記偏芯量を算出することを特徴とする請求項１、４又は５に記載の偏芯評価方法。
7. 前記膜厚分布のデータをフィルタリング処理して前記膜厚分布をファセット成長に起因した短周期成分と長周期成分とに分離する分離工程を含み、
   前記評価工程では、前記分離工程で得られた前記膜厚分布の長周期成分のデータに基づいて前記基板の載置位置の偏芯を評価することを特徴とする請求項１に記載の偏芯評価方法。
8. 前記測定工程では、フーリエ赤外分光光度計にて前記膜厚分布を測定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏芯評価方法。
9. 前記測定工程では、エピタキシャル成長前後の前記基板の厚み測定を行い、その差から前記膜厚分布を測定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏芯評価方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏芯評価方法によって評価した前記基板の偏芯量及び偏芯方向に基づいて、前記サセプタにおける基板の載置位置を補正した後、基板上にエピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。

Images